Influence de films fonctionnels sur les propriétés élastiques des substrats associés : application au système Ni/NiO

par Matthieu Tatat

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Christophe Coupeau et de Xavier Milhet.


  • Résumé

    L'objet de ce travail est d'étudier l'influence des revêtements natifs (oxydes) sur les propriétés élastiques du substrat associé. L'étude a été effectuée sur du nickel pur polycristallin, matériau modèle pour l'oxydation. Les couches d'oxyde de nickel ont été élaborées à des températures et des durées différentes. Elles sont toutes caractérisées par une microstructure duplex comprenant une couche interne à grains équiaxes et une couche externe à grains colonnaires. Les propriétés élastiques du revêtement ont été caractérisées à température ambiante par indentation instrumentée. Si un effet de microstructure locale de la couche d'oxyde est détecté sur la réponse élastique, il reste toutefois assez ténu. Les propriétés élastiques macroscopiques des systèmes Ni/NiO ont été examinées en fonction de la température à l'aide de la méthode dynamique résonante. L'évolution des modules d'élasticité en température du substrat de nickel est caractérisée par un comportement très atypique. La présence de couches d'oxyde, pourtant en très faible proportion volumique, modifie considérablement ce comportement. De plus, selon les conditions d'oxydation et la configuration des couches, l'effet est plus ou moins marqué. Le comportement élastique atypique du nickel en température est associé à un couplage de type multi-physique, lié à son caractère ferromagnétique. Dans ce cadre, nous avons suggéré que les contraintes internes, engendrées dans le substrat nickel par l'oxydation à haute température, limitent l'effet magnéto-élastique et tendent à induire un comportement classique purement élastique.

  • Titre traduit

    Effect of functional films on the elastic properties of the associated substrate: application to the Ni/NiO system


  • Résumé

    This work aims to study the effect of native coatings (oxides) on the elastic properties of the associated substrate. It was performed on pure polycrystalline nickel, a model material for oxidation. Oxide scales were obtained at various temperatures and for different dwell times. All the scales exhibit a duplex microstructure, characterized by a layer of equiaxed grains topped by a layer of columnar grains. The elastic properties of the scales were characterized at room temperature using instrumented indentation tests. While an effect of the local microstructure of the scale was observed on the elastic behavior, it remains subtle. The macroscopic elastic properties of Ni/NiO systems were investigated in temperature using the dynamical resonant method. The temperature dependence of nickel moduli of elasticity exhibits a very atypical behavior. The presence of oxide scales, while representing a low volume fraction, impacts significantly the elastic response. Actually, this latter effect depends on the oxidation conditions and the structural configuration of coatings. The atypical elastic behavior in temperature is associated with a multi-physics coupling, due to the Ni ferromagnetic character. In this framework, we have suggested that the internal stresses generated in the nickel substrate, resulting from the oxidation, reduce the magneto-elastic effect and tend to result in a classic behavior purely elastic.

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  • Détails : 1 vol. (140 p.)
  • Annexes : Bibliographie 85 réf.

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